CC BY
13СПОРТИВНАЯ МЕДИЦИНА: ПРОФИЛАКТИКА ПАТОЛОГИЙ, СОХРАНЕНИЕ ЗДОРОВЬЯ СПОРТСМЕНОВ
УДК 577.21:796
АНАЛИЗ АССОЦИАЦИИ РЕЗУЛЬТАТОВ МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИХ
ИССЛЕДОВАНИЙ С ПОКАЗАТЕЛЯМИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ АТЛЕТОВ
(НА ПРИМЕРЕ КОМАНДЫ СПОРТСМЕНОВ ПОЖАРНО-СПАСАТЕЛЬНОГО
СПОРТА)
К. В. Жур, Л. А. Кундас,
Институт генетики и цитологии НАН Беларуси;
И. В. Головкова, С. П. Питомец,
Государственное учреждение «Республиканский научно-практический центр
спорта»;
И. Б. Моссэ, д-р биол. наук, профессор,
Институт генетики и цитологии НАН Беларуси
Аннотация
Цель работы заключалась в выявлении ассоциаций результатов, полученных с помощью молекулярно-генетических методов, с метаболическими показателями физической работоспособности спортсменов пожарно-спасательного спорта.
Показано, что результаты, полученные с помощью молекулярно-генетических исследований, коррелируют с результатами системы многофакторной экспресс-диагностики, что подтверждает эффективность прогнозирования реакции организма на физическую нагрузку на основании результатов гено-типирования и анализа характера изменений экспрессии генов.
ANALYSIS OF THE ASSOCIATION OF MOLECULAR GENETIC RESEARCH'S
RESULTS' WITH THE SPORTSMEN'S WORKING CAPACITY'S INDEXES
(by the example of the fire and rescue sport team)
Abstract
The aim of the work was revealing of the association of the results, obtained within means of molecular genetic methods, and physical working capacity's metabolic indexes of fire and rescue sport's sportsmen.
It was revealed that the results obtained within means of molecular genetic researches, correlate with the results of the multifactorial instant diagnosis's system, which confirms the efficiency of a prognosis of a body response to a physical load based on the research of genotyped and character of genes expression's changes.
Введение
Прогресс спортивных результатов во многом определяется генетическими особенностями человека. При прочих равных условиях (методика тренировок, инвентарь, экипировка и др.) наилучший результат и в кратчайшие сроки покажет тот атлет, который наиболее генетически предрасположен к определенному виду спорта.
Известно более 200 генов, ассоциированных с проявлением различных физических качеств, таких как сила, прирост мышечной массы, выносливость, ловкость, гибкость и др. [1]. При специализации начинающего спортсмена определение
генетической предрасположенности к перечисленным качествам имеет большую прогностическую значимость, в то время как для уже состоявшихся спортсменов учет результатов генетического тестирования позволит грамотно спланировать тренировочный процесс, подобрать наиболее оптимальные методики тренировок с учетом возможностей организма, избежать дезадаптации и развития патологических состояний.
Количество исследований, посвященных оценке вклада генетических факторов в развитие тех или иных физиологических характеристик организма увеличивается с каждым годом. В настоящее время большинство работ представляют собой исследования типа «случай-контроль», в которых сравнивают частоты встречаемости определенного варианта гена в группе успешных спортсменов («случай») и в группе людей, не занимающихся спортом профессионально («контроль»). Если искомый фактор имеет большую распространенность в группе «случай», то есть основания полагать, что он вносит вклад в спортивную успешность. Исследования такого рода не могут окончательно доказать связь между явлениями, а лишь указывают, с определенной долей вероятности, на возможность такой связи.
Для того, чтобы правильно оценить полученные данные в исследованиях типа «случай-контроль», необходимо дополнительно исследовать ассоциацию между аллельными вариантами и определенными фенотипическими признаками -например, с результатами клинических, физиологических или других специфических тестов, оценивающих физическую работоспособность спортсмена. Кроме того, необходимо учитывать, как влияет тот или иной полиморфный вариант на экспрессию гена, когда в генотипе присутствует как благоприятный, так и неблагоприятный для спорта аллель (гетерозиготное состояние).
Цель настоящей работы заключалась в выявлении ассоциаций результатов, полученных с помощью молекулярно-генетических методов, с метаболическими показателями физической работоспособности спортсменов пожарно-спасательного спорта.
Для исследования были выбраны полиморфные варианты генов, ответственных за энергообеспечение мышечной деятельности: ген АМФ-дезаминазы (AMPD1), ген у-рецептора, активируемого пролифераторами пероксисом (PPARG), ген разобщающего белка-2 (UCP2); полиморфизмы генов, влияющие на сосудистый тонус, свертывающую систему крови и эффективность транспорта кислорода: ген ингибитора активатора плазминогена 1 (PAI-1), ген протромбина (F2), коагуляционного фактора 5 (F5), метилентетрагидрофолатредуктазы ^TOFR), ан-гиотензин-превращающего фермента (ACE), бета-2 рецептора к брадикинину (BDKRB2), эндотелиальной NO-синтазы (NOS3), ген фактора, индуцируемого гипоксией 1А (HIF1A), ген кислородосвязывающего белка миоглобина (MB), ген эритропоэтина, гормона, контролирующего эритропоэз (EPO), а также ген структурного мышечного белка альфа-актинина-3 (ACTN3).
Материалы и методы
Проведение молекулярно-генетического тестирования представителей сборной команды Республики Беларусь по пожарно-спасательному спорту одобрено комитетом по этике ГУ «Республиканский научно-практический центр спорта».
С помощью методов генетического анализа обследованы 24 высококвалифицированных спортсмена пожарно-спасательного спорта (из них 11 мастеров спорта (МС), 10 мастеров спорта международного класса (МСМК) и 3 заслуженных мастера спорта (ЗМС)) 280 человек группы популяционного контроля. В качестве биологического материала для исследования использовали ДНК и РНК, выделенные из лейкоцитов периферической крови с помощью наборов соответствующих реагентов (Синтол, Россия). Генотипирование проведено по 16 полиморфным вариантам 14 генов методом ПЦР с использованием праймеров и зондов собственного дизайна [2], а также методик, описанных в литературе [3-5].
Относительный количественный анализ экспрессии генов проводили методом полимеразной цепной реакции с обратной транскрипцией с ген-специфичными праймерами TaqMan Gene Expression Assays (Hs00153153_m1, Hs01075227_m1, Hs00195560_m1 (Applied Biosystems)) в соответствии с инструкцией производителя. Синтез кДНК проводили с помощью набора Maxima First Strand cDNA Synthesis Kit (Thermo Scientific). Нормализацию уровня экспрессии изучаемых генов проводили относительно экспрессии гена «домашнего хозяйства» GAPDH (Hs03929097_g1 (Applied Biosystems)). Детекцию флюоресценции, а также первичную обработку результатов осуществляли с помощью программного обеспечения CFX96 Manager 3.1 прибора CFX96, BIO-RAD (США).
Метаболические показатели физической работоспособности спортсменов определяли с помощью высокоинформативной системы многофакторной экспресс-диагностики (Д-Тест) [6]. Система основана на объективно существующей тесной сопряженности скорости деполяризации миокарда преимущественно левого желудочка с показателями функциональной подготовленности и позволяет достаточно точно оценивать важнейшие параметры энергетического метаболизма: мощность и емкость аэробного и анаэробного (креатинфосфатного и гликолитиче-ского) энергетического обмена (креатин, ожидаемый максимум накопления лакта-та, анаэробный фонд), максимальное потребление кислорода (МПК), порог анаэробного обмена (ПАНО), частоту сердечных сокращений на пороге анаэробного обмена (ЧСС ПАНО), аэробный индекс (Аэроб. и.), общую метаболическую емкость (ОМЕ) и др. Данные вычисляются на основании отношений амплитуд зубцов R и S в отведениях V3R, V2, V6 дифференциальной электрокардиограммы, отражающей электрическую активность миокарда. Изменения в отведении V6 реагируют на работу в аэробном режиме, V2 - в режиме скоростной выносливости, V3R - на работу скоростно-силовой направленности.
Статистическую обработку данных проводили с использованием пакета программ Statistica 10.0 и IBM SPSS Statistics 22. Различия считали статистически значимыми при p<0,05.
Результаты исследований и их обсуждение
Анализ результатов генетического тестирования спортсменов пожарно-спасательного спорта.
Проведено генетическое тестирование профессиональных спортсменов по-жарно-спасательного спорта и контрольной группы. Распределение частот генотипов по всем исследованным генам соответствовало распределению Харди-Вайнберга. Результаты тестирования представлены в таблице 1.
Статистически значимые различия в распределении частот генотипов между спортсменами и контрольной группой выявлены для полиморфного варианта -634G/C гена VEGF, кодирующего фактор роста эндотелия сосудов. Частота встречаемости генотипа С/С в группе спортсменов составила 20,8%, что значительно выше, чем в контрольной группе, где частота данного генотипа - 4,4% (ОШ=5,72; 95% ДИ 1,70-19,26; Р=0,007).
Исследуемый нами полиморфный вариант -634G/C гена VEGF, локализованный в промоторной области, обуславливает индивидуальные различия в активности гена: замена гуанина на цитозин приводит к усилению его экспрессии [7]. Фактор роста эндотелия сосудов стимулирует пролиферацию кровеносных и лимфатических сосудов [8]. Известно, что более высокая плотность кровеносных сосудов вокруг каждого мышечного волокна способствует повышению выносливости спортсмена вследствие лучшего газо- и теплообмена, более быстрого выведения продуктов распада и обмена питательных веществ между кровью и мышечной тканью [9].
Таким образом, аллель С благоприятствует развитию и проявлению выносливости, что подтверждается рядом работ [10, 11] и объясняет высокую частоту встречаемости генотипа С/С в группе спортсменов пожарно-спасательного спорта.
Таблица 1 - Результаты генетического тестирования спортсменов пожарно-спасательного спорта и контрольной группы
Полиморфный Генотип Спортсмены Контроль ОШ (95% ДИ) P
1 2 3 4 5 6
VEGF -634G/C G/G 41,7 54,4 0,60 (0,25-1,42) 0,007
G/C 37,5 41,2 0,86 (0,36-2,06)
C/C 20,8 4,4 5,72 (1,70-19,26)
ACE Alu Ins/Del D/D 25,0 25,5 0,98 (0,36-2,62) 0,64
I/D 58,3 49,7 1,42 (0,59-3,38)
I/I 16,7 24,8 0,61 (0,20-1,88)
ACTN R577X R/R 41,7 39,2 1,11 (0,47-2,63) 0,92
R/X 41,7 45,9 0,84 (0,36-2,00)
X/X 16,6 14,9 1,14 (0,36-3,60)
AMPD1 C34T C/C 75,0 69,3 1,33 (0,50-3,54) 0,57
C/T+T/T* 25,0 30,7 0,75 (0,28-2,01)
EPO G/T T/T 29,2 31,8 0,88 (0,35-2,25) 0,22
G/T 33,3 46,8 0,57 (0,23-1,40)
G/G 37,5 21,4 2,21 (0,89-5,44)
HIF1A C1772T С/С 87,5 91,4 0,66 (0,18-2,46) 0,53
C/T+T/T* 12,5 8,6 1,52 (0,41-5,71)
MB A79G A/A 25,0 24,3 1,04 (0,40-2,72) 0,61
G/A 45,8 54,6 0,70 (0,30-1,62)
G/G 29,2 21,1 1,54 (0,61-3,89)
MTHFR A129SC C/C 8,3 11,0 0,73 (0,17-3,12) 0,08
A/C 25,0 43,9* 0,43 (0,17-1,07)
A/A 66,7 45,1 2,44 (1,04-5,70
A/C+C/C* 33,3 54,9 2,44 (1,04-5,70) 0,03
MTHFR C677T C/C 20,8 48,8 0,28 (0,10-0,74) 0,02
C/T 62,5 41,7 2,33 (1,02-5,32)
T/T 16,7 9,5 1,91 (0,65-5,60)
PPARG Pro12Ala Pro/Pro 58,3 74,1 0,49 (0,20-1,18) 0,11
Pro/Ala+ Ala/Ala* 41,7 25,9 2,04 (0,85-4,94)
UCP2 Ala55Val Ala/Ala 33,3 26,1 1,41 (0,56-3,55) 0,52
Val/Ala 41,7 54,1 0,61 (0,25-1,44)
Val/Val 25,0 19,6 1,35 (0,50-3,70)
ENOS a/b b/b 75,0 67,1 1,47 (0,55-3,92) 0,43
a/b+ a/a* 25,0 32,9 0,68 (0,26-1,80)
ENOS G/T G/G 33,3 56,6 0,38 (0,16-0,94) 0,06
G/T 54,2 38,5 1,89 (0,80-4,45)
T/T 12,5 4,9 2,75 (0,69-10,95)
G/T+T/T* 66,7 43,4 2,61 (1,06-6,40) 0,03
PAI 4G/5G 4G/4G 37,5 29,9 1,40 (0,57-3,43) 0,22
4G/5G 54,2 45,9 1,40 (0,59-3,30)
5G/5G 8,3 24,2 0,28 (0,06-1,27)
F5 G1691A G/G 95,8 97,2 0,66 (0,09-4,91) 0,68
G/A+AA* 4,2 2,8 1,51 (0,20-11,26)
F2 G20210A G/G 91,7 97,9 0,24 (0,06-1,03) 0,11
G/A+A/A* 8,3 2,1 4,17 (0,97-17,88)
BDKRB Ins/Del I/I 33,3 29,6 1,19 (0,48-2,96) 0,23
I/D 62,5 52,5 1,51 (0,62-3,65)
D/D 4,2 17,9 0,20 (0,03-1,54)
* Доминантная модель наследования
Статистически значимые различия в распределении частот генотипов между спортсменами и контрольной группой также выявлены для полиморфных вариантов гена МТИРЯ. Частота встречаемости благоприятного для сердечнососудистой системы генотипа А/А полиморфного варианта А1298С гена МТИРЯ в группе спортсменов составила 66,7%, что статистически значительно выше, чем в контрольной группе, где частота данного генотипа составила 45,1% (ОШ=2,44; 95% ДИ 1,04-5,70; Р=0,03). В то же время в группе спортсменов установлена более высокая частота встречаемости неблагоприятного для сердечно-сосудистой
системы генотипа T/T полиморфного варианта C677T гена MTHFR (ОШ=2,61; 95%ДИ 1,06-6,40; P=0,03).
При анализе полиморфных вариантов 4G/5G гена PAI и Ins/Del гена BDKRB в группе спортсменов наблюдалось преимущественное снижение процента носителей благоприятных для сердечно-сосудистой системы генотипов 5G/5G и D/D соответственно за счет увеличения носителей гетерозиготных и гомозиготных генотипов по неблагоприятным аллелям. Совершенно неожиданно для нас была выявлена тенденция к более высокой частоте встречаемости в группе спортсменов пожарно-спасательного спорта таких неблагоприятных вариантов, как мутация Лейдена (F5 G1691A) и гена протромбина (F2 G20210A). Также группа спортсменов характеризовалась статистически значимой более высокой частотой встречаемости неблагоприятных для сердечно-сосудистой системы генотипов G/T и T/T гена eNOS (ОШ=1,91; 95%ДИ 0,65-5,60, P=0,02).
Полученные нами результаты согласуются с работами российских авторов, которые также установили, что частоты встречаемости протромбиновой мутации (F2 G20210A), мутации Лейдена (F5 G1691A), а также неблагоприятного варианта полиморфизма C677T гена MTHFR у спортсменов были выше, чем у людей, не занимающихся спортом профессионально [12, 13]. Исключение составили спортсмены силовых видов спорта, для которых были выявлены более низкие частоты встречаемости исследованных вариантов генов, ассоциированных с тромбофилией, что вероятно связано с особенно неблагоприятным их влиянием в этой группе атлетов (тяжелая атлетика, пауэрлифтинг) в сочетании с характерным для данных видов спорта бинтованием, сгонкой веса, использованием фармакологических стимуляторов и небольшим объемом аэробных тренировок [12-14]. Можно предположить, что для игровых видов спорта, видов спорта с преимущественным проявлением выносливости и комбинированных видов спорта, к которым относится и пожарно-спасательный спорт, наличие неблагоприятных вариантов по данным полиморфизмам не является лимитирующим фактором для прогресса спортивных результатов.
Также стоит отметить, что в исследованной нами выборке спортсменов по-жарно-спасательного спорта не выявлено ни одного носителя неблагоприятного варианта T/T гена AMPD1, который кодирует аденозинмонофосфат-дезаминазу 1, специфичный для скелетных мышц белок, участвующий в регуляции энергетических процессов и обеспечивающий ресинтез АТФ при мышечном утомлении. Вследствие замены цитозина на тимин в позиции 34, синтезируется укороченный белок, лишенный каталитической активности. Индивидуумы, имеющие пониженную активность данного фермента, зачастую характеризуются слабостью, быстрой утомляемостью или мышечными судорогами даже после средней по интенсивности физической нагрузки.
Результаты генотипирования были переданы врачам команды для фармакологической корректировки эффектов неблагоприятных вариантов генов.
Анализ ассоциации исследуемых вариантов генов с метаболическими показателями физической работоспособности высококвалифицированных спортсменов
В таблице 2 представлены метаболические показатели физической работоспособности высококвалифицированных спортсменов пожарно-спасательного спорта с различными генотипами (в таблице представлены данные для тех вариантов генов, для которых обнаружены статистически значимые различия или различия на уровне тенденции).
Для спортсменов пожарно-спасательного спорта с генотипом R/R гена ACTN3 установлены более высокие значения такого показателя, как анаэробный фонд (совокупность анаэробного креатинфосфатного и гликолитического источников энергопродукции) по сравнению с носителями вариантов R/X и X/X (138,0%, 119,3% и 120,9% соответственно; p=0,025). В частности, выявлено более высокое содержание креатина (44,4% против 34,4% и 36,3% у обладателей
генотипов R/X и X/X; p=0,043) и лактата (12,0 мМоль/л против 11,3 мМоль/л и 10,0 мМоль/л соответственно; p=0,086).
Полученные результаты согласуются с данными об ассоциации генотипа R/R гена ACTN3 с предрасположенностью к физическим нагрузкам скоростно-силового характера [15]. Известно, что у носителей варианта R/R в отличие от обладателей варианта X/X присутствует миофибриллярный белок альфа-актинин-3, который стабилизирует сократительный аппарат мышечного волокна и способствует синтезу белых, быстросокращающихся мышечных волокон, более богатых креатинфосфатом. Белые мышечные волокна с умеренным содержанием капилляров снабжаются энергией преимущественно анаэробно, что объясняет наблюдаемые высокие значения показателей, характеризующих бескислородное энергообеспечение.
Установлены статистически значимые более высокие показатели аэробной работоспособности (аэробная мощность, аэробный индекс, максимальное потребление кислорода) спортсменов пожарно-спасательного спорта с генотипом A/A гена MTHFR и Val/Val гена UCP2 по сравнению с носителями альтернативных вариантов соответствующих генов (таблица 2). Также для обладателей варианта A/A гена MTHFR выявлены более высокие значения частоты сердечных сокращений на пороге анаэробного обмена (157,7 уд/мин против 154,9 уд/мин и 149,8 уд/мин у носителей генотипов С/A и C/C; p=0,044).
Таблица 2 - Показатели функционального состояния высококвалифицированных спортсменов пожарно-спасательного спорта с различными генотипами
Показатели Группы спортсменов с различными полиморфными вариантами генов
R/R ACTN3 R/X ACTN3 X/X ACTN3 P
П 10 10 4
Креат. (%) 44,4 (39,1;56,2) 34,4 (29,1;41,7) 36,3 (34,4;41,6) 0,043
Лактат (мМоль/л) 12,0 (10,4;13,8) 11,3 (10,5;13,0) 10,0 (8,65;10,4) 0,086
Анаэр. ф. (%) 138,0 (127,5; 154,3) 119,3 (109,9;130,1) 120,9 (117,8;129,6) 0,025
G/G MB G/A MB A/A MB
П 7 11 6
ЧСС ПАНО (уд/мин) 154,3 (151,9; 155,8) 156,4 (150,2;158,4) 159,8 (156,5; 160,5) 0,076
A/A MTHFR A/C MTHFR C/C MTHFR
П 16 6 2
Аэроб. м. (%) 46,15 (45,1; 47,9) 41,95 (39,3; 43,8) 40,75 (39,6; 41,9) 0,014
ЧСС ПАНО (уд/мин) 157,7 (155,8; 160,2) 154,9 (147,9; 156,4) 149,8 (149,4;150,2) 0,044
Аэроб. и. (%) 27,1 (25,8; 29,2) 22,65 (18,0; 24,7) 23,1 (19,2; 27,0) 0,035
МПК (мл*мин-1*кг-1) 55,35 (54,2; 57,6) 50,35 (47,2; 52,5) 48,85 (47,5; 50,2) 0,013
Val/Val UCP2 Val/Ala UCP2 Ala/Ala UCP2
п 6 10 8
Аэроб. м. (%) 47,9 (46,1; 48,3) 45,5 (43,8; 46,6) 42,7 (39,8; 45,6) 0,035
Аэроб. и. (%) 28,5 (27,1; 29,9) 26,6 (24,9; 27,2) 23,7 (20,1; 26,5) 0,040
МПК (мл*мин-1*кг-1) 57,5 (55,3;57,9) 54,6 (52,5;55,9) 51,3 (47,8;54,7) 0,041
ЧСС ПАНО (уд/мин) 154,4 (149,9;157,1) 156,5 (154,3;159,9) 160,1 (156,2; 160,6) 0,064
С/С VEGF G/C VEGF G/G VEGF
п 5 9 10
Аэроб. м. (%) 43,8 (41,9; 44,4) 47,5 (46,1; 48,3) 44,9 (41,9; 46,0) 0,049
ЧСС ПАНО (уд/мин) 154,3 (150,2; 156,4) 159,7(156,5;160,6) 155,5 (151,9;157,3) 0,032
Аэроб. и. (%) 26,2 (22,6; 26,3) 28,8 (27,1; 29,6) 25,0 (22,7; 27,1) 0,081
МПК (мл*мин-1*кг-1) 52,5 (50,2; 53,3) 56,9 (55,3; 57,9) 53,9 (50,3; 55,3) 0,048
Примечание: n - количество человек, Me (25%; 75%).
Вклад полиморфизма А/С гена MTHFR в спортивную успешность, как и механизм его действия, до настоящего времени слабо изучены, в то время как полиморфный вариант А1а55Уа1 гена UCP2 изучен довольно хорошо в связи с тем, что его ассоциируют с развитием таких заболеваний, как диабет, ожирение и др.
Известно, что для обладателей аллеля 55Val характерна более высокая метаболическая эффективность мышечной деятельности и пониженный расход энергии в покое, т.е. более экономичный режим работы [16]. Полученные нами результаты подтверждают данные о том, что генотип Val/Val гена UCP2 вносит существенный вклад в аэробную работоспособность организма.
Интересные результаты были получены при исследовании полиморфного варианта -634G/C гена VEGF. На основании литературных данных [10, 11] и полученных нами результатов генотипирования спортсменов пожарно-спасательного спорта (таблица 1) благоприятным для спорта является генотип С/С. Логично предположить, что спортсмены с вариантом С/С гена VEGF должны характеризоваться более высокими показателями аэробной работоспособности, тем не менее более высокие показатели аэробной работоспособности выявлены у спортсменов с генотипом G/C.
Анализ экспрессии генов HIF1A, MTHFR и UCP2 у спортсменов пожарно-спасательного спорта.
Выбор генов HIF1A, MTHFR и UCP2 для анализа экспрессии обусловлен тем, что продукты, кодируемые этими генами, вносящие большой вклад в адаптацию спортсменов к интенсивным физическим нагрузкам, экспрессируются в лейкоцитах крови, которая является более доступным биологическим материалом, а забор материала менее болезненным по сравнению с биопсией мышечной ткани. Кроме того, клетки крови - это первые клетки после клеток легочной ткани, которые испытывают гипоксию. Согласно исследованию австрийских авторов профили экспрессии генов в крови коррелирует с экспрессией этих же генов в мышечной ткани [17].
Анализ активности работы исследуемых генов у спортсменов пожарно-спасательного спорта выявил, что в соревновательном периоде (период с более интенсивной физической нагрузкой) экспрессия генов UCP2 и MTHFR (0,94±0,08 и 0,44±0,07 усл. ед. соответственно) статистически достоверно выше по сравнению с их активностью на этапе базовой общефизической подготовки (0,70±0,04 и 0,22±0,03 усл. ед. соответственно) (рисунок 1). Для гена HIF1A статистически достоверных различий в активности генов на различных этапах подготовки выявлено не было.
iffi асп йпп исп ■пп»ст1
Рисунок 1 - Среднегрупповые уровни мРНК генов И1Р1А, ЫТИРЯ и ЫСР2 в соревновательный (СП) и подготовительный периоды (ПП) тренировочного цикла
Сравнение активности генов с показателями физической работоспособности спортсменов позволило выявить положительную корреляцию уровней экспрессии генов МТИРИ и иСР2 в период базовой подготовки с емкостью анаэробно-гликолитического механизма энергообеспечения (г=0,79 и г=0,83 соответственно), а также корреляцию экспрессии гена иСР2 с максимальным потреблением кислорода (МПК) (г=0,71), общей метаболической мощностью (г=0,76) и концентрацией
лактата в крови (г=0,92). Для гена HIF1A статистически достоверных корреляций с метаболическими показателями физической работоспособности спортсменов выявлено не было.
Таким образом, более высокая активность генов MTHFR и UCP2 соответствует более высоким значениям таких показателей, как выносливость, мощность и способность противостоять утомлению. Полученные нами результаты о том, что в соревновательном периоде экспрессия генов UCP2 и MTHFR статистически значительно выше по сравнению с этапом базовой общефизической подготовки спортсменов, являются вполне логичными и свидетельствуют об активации систем энергообеспечения необходимых для выполнения упражнения.
В то же время нами выявлена значительная индивидуальная вариабельность в активности генов UCP2, MTHFR и HIF1A в соревновательном периоде и в период базовой общефизической подготовки (рисунок 2) - на нагрузки одинакового объема и интенсивности спортсмены реагируют по-разному, и процессы, обеспечивающие адаптацию к выполняемой физической нагрузке, запускаются с разной степенью эффективности.
Таким образом, определение динамики экспрессии генов MTHFR и UCP2 в ответ на физические нагрузки является высоко информативным показателем уровня тренированности каждого конкретного спортсмена, что необходимо учитывать при подготовке профессиональных атлетов.
lili IА
А)
Б)
Ь ад
- 0,2
ы
01П D32S 032*1 033J 0312 И31 033? W1S nii.op ссорюллна ■ П1 В(':1
3 I»
J
V1THFH
фНФ
Ji
(Jí7 ftjii дик мл (щ? он?
и:: i:j p спг^гтгме|гл ■ 'l I «I II
1ICP1
M
0327 ОЗГН C329 МЗД L'LII 0LS4 0337 034E
B)
:n :unpirvi?aii ■ 11П ВСЯ
A) HIF1A Б) MTHFR В) UCP2 в группе спортсменов в соревновательном периоде (СП) и в период базовой общефизической подготовки (ПП)
Рисунок 2 - Уровни мРНК генов
Заключение
При сопоставлении результатов молекулярно-генетических исследований с метаболическими показателями физической работоспособности, полученных с помощью системы многофакторной экспресс-диагностики (Д-тест), было показано, что варианты A/A гена MTHFR, Val/Val гена UCP2, G/C гена VEGF ассоциированы с показателями аэробной работоспособности, в то время как вариант R/R гена ACTN3 ассоциирован с высокой анаэробной работоспособностью. Кроме того, уровень экспрессии гена UCP2 положительно коррелирует с максимальным потреблением кислорода, общей метаболической мощностью, ожидаемым максимумом лактата и емкостью анаэробно-гликолитического энергообеспечения. Для гена MTHFR установлена положительная корреляция уровня его активности с емкостью анаэробно-гликолитического энергообеспечения.
Таким образом, результаты, полученные с помощью методов молекулярно-генетических исследований, коррелируют с результатами системы многофакторной экспресс-диагностики, что подтверждает эффективность прогнозирования реакции организма на физическую нагрузку на основании результатов генотипирования и анализа характера изменений экспрессии генов.
Список использованных источников
1. Bray, M.S. The human gene map for performance and health-related fitness phenotypes: the 2006-2007 update / M.S. Bray, J.M. Hagberg, L. Perusse, T. Rankinen, S.M. Roth, B. Wolfarth, C. Bouchard // Med. Sci. Sports Exerc. - 2009. - Vol. 41. - № 1. - P. 35-73.
2. Моссэ, И.Б. Некоторые аспекты ассоциации генов с высокими спортивными достижениями / И. Б. Моссэ, А. В. Кильчевский, Л. А. Кундас, А. Л. Гончар, С. Л. Минин, К. В. Жур // Вави-ловский журнал генетики и селекции. - 2017. - Vol. 21. - № 3. - C. 296-303.
3. Rigat, B. PCR detection of the insertion/deletion polymorphism of the human angiotensin converting enzyme gene (DCP1) (dipeptidyl carboxypeptidase 1) / B. Rigat, C. Hubert, P. Corvol, F.Soubrier// Nucleic Acids Res. - 1992. - Vol. 20, № 6. - P. 1433.
4. Zempo, H. Age Differences in the Relation Between ACTN3 R577X Polymorphism and Thigh-Muscle Cross-Sectional Area in Women / H. Zempo, K. Tanabe, H. Murakami, M. Iemitsu, S. Maeda, S. Kuno // Genet. Test. Mol. Biomark. - 2011. - Vol. 15. - № 9. - P. 639-643.
5. Wang, P. No association between alleles of the bradykinin receptor-B2 gene and acute mountain sickness / P. Wang, M.S. Koehle, J.L. Rupert // Exp. Biol. Med. - 2010. - Vol. 235. - № 6. - P. 737-740.
6. Душанин С. А. Методические рекомендации Министерства здравоохранения УССР "Система многофакторной экспресс-диагностики функциональной подготовленности спортсменов при текущем и оперативном врачебно-педагогическом контроле" / Душанин С. А., Береговой Ю. В., Цветкова О. А. - Киев: 1986. - 23 c.
7. Watson, C.J. Identification of polymorphisms within the vascular endothelial growth factor (VEGF) gene: correlation with variation in VEGF protein production / C.J. Watson, N.J. Webb, M.J. Bot-tomley, P.E. Brenchley // Cytokine. - 2000. - Vol. 12. - № 8. - P. 1232-1235.
8. Wilting, J. In vivo effects of vascular endothelial growth factor on the chicken chorioallantoic membrane / J. Wilting, B.Christ, M. Bokeloh, H.A. Weich // Cell Tissue Res. - 1993. - Vol. 274. - № 1. -P. 163-172.
9. Gustafsson, T. Exercise-induced expression of angiogenesis-related transcription and growth factors in human skeletal muscle / T. Gustafsson, A. Puntschart, L. Kaijser, E. Jansson, C. J. Sundberg // Am. J. Physiol. - 1999. - Vol. 276. - № 2. - P. 679-685.
10. Prior, S.J. DNA sequence variation in the promoter region of the VEGF gene impacts VEGF gene expression and maximal oxygen consumption / S.J. Prior, J.M. Hagberg, C.M. Paton, L.W. Douglass, M.D. Brown, J.C. McLenithan, S.M. Roth // Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. - 2006. - Vol. 290. - № 5. -P. 1848-1855.
11. Ахметов, И. И. Генетические маркеры предрасположенности к занятиям футболом / И. И. Ахметов, А. М. Дружевская, В.А. Рогозкин, И.А. Можайская, А.М. Хакимуллина // Ученые Записки Университета Лесгафта. - 2007. - Vol. 11. -C. 5-10.
12. Пушкарев, В.П. Исследование влияния генетических вариаций, ассоциированных с тромбофилией, на спортивную успешность / В.П. Пушкарев, Д.А. Дятлов, Е.В. Леконцев, Л.В. Рахманина, Е.Д. Пушкарев, В.Ю. Вишнев, Л.М. Куликов // Лечебная физкультура и спортивная медицина. - 2011. - № 12. - P. 23-28.
13. Дятлов Д.А. Частоты встречаемости генетических вариаций, связанных с тромбофилией, у спортсменов разных видов спорта / Дятлов Д.А. // «Актуальные проблемы генетики и молекулярной биологии», материалы научных докладов участников всероссийской молодежной конференции в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России». - Уфа, Россия, 24-28 сентября 2012. - 2012. - Vol. 1. № 1. - С. 129-132.
14. Womack, C.J. Exercise-induced changes in coagulation and fibrinolysis in healthy populations and patients with cardiovascular disease / C.J. Womack, P.R. Nagelkirk, A.M. Coughlin // Sports Med. Auckl. NZ. - 2003. - Vol. 33. - № 11. - P. 795-807.
15. Ахметов И.И. Молекулярная генетика спорта: монография / Ахметов И.И. - Москва : Советский спорт, 2009. - 268 p.
16. Nasibulina, E.S. Polymorphysm Association Ala55Val of UCP2 Gene with Predisposition for Team Sports / E.S. Nasibulina, L.D. Mustafina, I.I. Akhmetova // Eur. Res. Ser. A. - 2012. - № 6-2 (24). - P. 968-969.
17. Zeibig J. Do blood cells mimic gene expression profile alterations known to occur in muscular adaptation to endurance training? / J. Zeibig, H. Karlic, A. Lohninger, R. Damsgaard, G. Smekal // Eur. J. Appl. Physiol. - 2005. - Vol. 95. - № 1. - P. 96-104.
01.10.2017
УДК 796.012.37:612
О НЕКОТОРЫХ ИЗМЕНЕНИЯХ ЭКГ У СПОРТСМЕНОВ-ЛЕГКОАТЛЕТОВ
Д. Н. Котко, д-р мед. наук, доцент,
Н. Л. Гончарук,
Л. М. Путро, канд. биол. наук, доцент,
Национальный университет физического воспитания и спорта Украины
Аннотация
Проведен анализ электрокардиографических данных у 53 спортсменов-легкоатлетов различных групп квалификации. Сравнение данных ЭКГ у легкоатлетов различных групп показало, что с увеличением квалификации спортсменов и продолжительности их спортивной деятельности чаще наблюдаются и становятся более выраженными изменения ЭКГ, свидетельствующие о нарушении функции сократимости миокарда. Также чаще выявляется гипертрофия левого желудочка. Вы1шеуказанны1е изменения подлежат обязательному медицинскому анализу с использованием современной аппаратурыь - необходим тщательный, медицинский мониторинг с целью сохранения здоровья спортсменов.
ABOUT SOME TRACK-AND-FIELD ATHLETES' ECG VARIATION
Abstract
The analysis of electrocardiographic data of 53 track-and-field athletes of different qualification groups was carried out. Comparison of ECG data of different groups' athletes showed that with the increase of the athletes's qualifications and the duration of their sports activities, changes in ECG are getting more observable and expressed, that indicate disorders of myocardial contractility function. Also, hypertrophy of the left ventricle is more often revealed. The abovesaid changes are subject to mandatory medical analysis using modern equipment to carry out careful medical monitoring for the purpose of preserving health of athletes.
Введение
Сердечно-сосудистая система - одна из ведущих систем организма в обеспечении высокой работоспособности спортсменов. Перенапряжение сердечно-сосудистой системы сопровождается серьезными нарушениями обмена веществ в кардиомиоци-тах, что приводит к расстройствам как в самой системе, так и в организме спортсмена в целом [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 9, 10, 11]. Под влиянием значительных физических и психоэмоциональных нагрузок почти у каждого спортсмена в сердце возникают изменения, о которых свидетельствуют отклонения показателей его функционирования от нормальных величин [3,7,10,11]. Проблема «спортивного сердца» продолжает занимать многих ученых всего мира и в настоящее время. Выделяют два варианта
